Технологические схемы оснащения проходки стволов

Технологические схемы оснащения вертикальных стволов характеризуются принятым типом подъемного комплекса, т.е. копра и подъемной машины, и условно подразделяются на три типа: постоянную, временную и комбинированную. Постоянная схема оснащения ствола предусматривает использование для проходки постоянного копра (башенного или металлического) и постоянной подъемной машины; временная схема – временных проходческих копров и подъемных машин; комбинированная схема – сочетание различных типов оборудования подъемного комплекса, например, постоянного копра и временных подъемных машин в передвижном варианте, и наоборот. Правильно выбранная технологическая схема оснащения ствола способствует достижению высокой производительности труда, высокого уровня механизации производственных процессов, позволяет сократить продолжительность и стоимость строительства горного предприятия. При выборе технологической схемы оснащения вертикального ствола необходимо учитывать назначение ствола, его диаметр и глубину, характеристику постоянного подъемного комплекса при эксплуатации стволов, принятую технологическую схему проходки ствола, использование ствола во втором периоде строительства. Рассмотрим сущность, область применения, достоинства и недостатки названных технологических схем оснащения.

Постоянная схема оснащения. После подготовки промышленной площадки к строительству над стволом сооружают постоянный металлический копер, монтируют металлоконструкции подшкивной площадки, разгрузочного станка, нулевой рамы. При этом если при проектировании копра не были учтены нагрузки от проходческого оборудования, то усиливают отдельные элементы копра. Вокруг ствола возводят здания и монтируют проходческое оборудование для сооружения ствола. В качестве подъемных машин используют постоянные подъемные машины, при этом учитывают, что их производительность должна обеспечивать высокие скорости проходки ствола и проведения горизонтальных и наклонных горных выработок. После проходки и армирования ствола производят его переоснащение для работы по постоянной схеме. По этой схеме оснащения к началу работ требуется запроектировать копер, выполнить деталировочные чертежи и изготовить металлоконструкции постоянного копра. Кроме того, при использовании постоянных подъемных машин необходимо их заказать и получить от заводов-изготовителей как сами подъемные машины, так и комплектующее электрооборудование.

В связи с этим постоянная схема характеризуется значительным увеличением сроков оснащения ствола к проходке по сравнению с временной схемой, но вместе с тем позволяет снизить стоимость оснащения и продолжительность переходного периода от проходки ствола к строительству горизонта шахты.

Применение постоянной схемы наиболее целесообразно для оснащения клетевого ствола, расположенного на центральной площадке будущей шахты, так как позволяет значительно сократить переходной период переоснащения подъема с бадей на клети. В то же время, как показывает практика, при постоянной схеме из-за определенных ограничений и стесненных условий достичь больших темпов проходки ствола не удавалось. Оснащение главного ствола к проходке по постоянной технологической схеме вообще нецелесообразно, так как во втором периоде строительства постоянный скиповой комплекс использованным быть не может, а выполнение работ по этой схеме связано с большой трудоемкостью и значительным увеличением сроков оснащения, а следовательно, и сроков строительства шахты в целом. Кроме того, постоянные подъемные машины имеют большие установочные мощности, что приводит к нерациональному расходу электроэнергии.

Применение постоянных металлических и монолитных бетонных башенных копров в сочетании с многоканатными подъемными машинами имело место при строительстве шахт им. А.А. Скочинского, "Шахтинская-Глубокая", "Должанская-Капитальная" и других, однако, эта схема характеризуется сложностью технических решений по переоборудованию многоканатных подъемных машин и постоянных копров. Из-за больших переделок с постоянного на временное в башенном копре, а затем с временного на постоянное этой схемой не реализуется главный критерий – экономическая целесообразность ее применения. Существенным недостатком этой технологической схемы является большая продолжительность оснащения, составляющая от 1,5 до 2,5 лет, низкие темпы проходки и увеличение срока строительства всей шахты, как минимум, на 2 года. В связи с этим постоянная схема оснащения в последние 20 лет не находит широкого применения.

Временная схема оснащения. Данная схема имеет различные арианты в зависимости от типа постоянного копра, предусмотренного проектом на период эксплуатации шахты. При использовании в дальнейшем башенного копра схема оснащенияствола к проходке сводится к следующему. На промышленной площадке сооружают проходческий копер, монтируют временные подъемные машины (передвижные или стационарные), возводят комплекс зданий, сооружений устанавливают проходческое оборудование. После проходки ствола временный копер демонтируют, возводят постоянный башенный копер и монтируют многоканатные подъемные машины. Армирование ствола по этой схеме целесообразно вести во время монтажа многоканатных подъемных машин с использованием временных подъемных машин и проходческих лебедок. После этого навешивают подъемные сосуды, монтируют обменные и загрузочные устройства, проводят горизонтальные и наклонные горные выработки.

Недостатком этого варианта временной схемы является большая длительность строительства ствола. Такой вариант имеет ограниченное распространение и может быть рекомендован для применения только в случаях, когда по условиям строительства не допускается возведение башенного копра до проходки ствола, например, при специальных способах проходки верхней части ствола.

Разновидностью временной схемы является схема оснащения с использованием временного проходческого копра с последующей надвижкой постоянного металлического башенного копра. Технологическая последовательность работ по оснащению и проходке ствола соответствует последовательности первого варианта, за исключением армирования, которое выполняют с временного копра. Во время проходки и армирования ствола в стороне от ствола на монтажной площадке сооружают постоянный башенный копер, который после проходки ствола по накаточным путям надвигают в проектное положение. По продолжительность строительства ствола эта схема является наиболее эффективной. К недостаткам схемы относится необходимость дополнительных затрат на усиление элементов копра для надвижки и устройство накаточных путей. В случае, когда на период эксплуатации шахты предусмотрено использование постоянного металлического копра, временная схема оснащения ствола к проходке состоит в следующем. Аналогично описанным вариантам, в подготовительном периоде над стволом сооружают временный проходческий копер, возводят здания, сооружения и монтируют проходческое оборудование, используемое при проходке ствола. Во время проходки ствола в стороне от него монтируют постоянный металлический копер, который после проходки и армирования ствола надвигают в проектное положение. К этому моменту должны быть смонтированы постоянные подъемные машины.

Проведение горизонтальных и наклонных горных выработок осуществляют с использованием постоянных подъемных машин. Если по производительности постоянные подъемные машины не могут обеспечить проведение горных выработок в установленные сроки, то их проводят с использованием временного копра и временных подъемных машин. Переход на постоянные подъемные машины в этом случае производят перед сдачей шахты в эксплуатацию. При массовом применении проходческих копров из крупноразмерных элементов, передвижного проходческого оборудования и мобильных зданий эта схема по продолжительности строительства ствола, стоимости и трудоемкости строительно-монтажных работ по оснащению является наиболее предпочтительной по сравнению со всеми остальными схемами.

Благодаря сокращению сроков оснащения до 5-6 месяцев временная схема оснащения с использованием блочно-передвижного оборудования получила в настоящее время широкое распространение. Эта схема успешно используется повсеместно. Главным недостатком этой схемы является увеличение стоимости оснащения и продолжительности переходного периода на переоснащение с бадей на клети.

Комбинированная схема оснащения стволов с использованием временных или постоянных копров и подъемных машин в различных сочетаниях довольно широко применяется на практике. Примером комбинированной схемы может быть схема оснащения с использованием постоянного башенного копра и временных подъемных машин. Оснащение по данной схеме производится в следующей последовательности. После выполнения первоочередных работ на промышленной площадке по подготовке к строительству возводят постоянный башенный копер (железобетонный или металлический), монтируют в нем проходческое оборудование, на поверхности сооружают здания и монтируют оборудование для проходки ствола. В период проходки и армирования ствола заканчивают строительные работы в башенном копре и монтируют многоканатные подъемные машины. Выдача породы при проведении горизонтальных и наклонных выработок осуществляют с использованием постоянных подъемных комплексов. Преимуществами рассмотренной схемы по сравнению с первым вариантом временной схемы являются меньшая продолжительность строительства ствола благодаря совмещению работ по возведению башенного копра с работами подготовительного периода и меньшая металлоемкость проходческих металлоконструкций в копре. Недостатком является ограничение по строительству зданий и монтажу проходческого оборудования в зоне действия кранов, используемых для возведения башенного копра. Схема получила распространение в Донецком бассейне (Украина), где на центральных стволах, как правило, предусматривают башенные копры.

По сравнению с наилучшим вариантом временной схемы они характеризуются большей продолжительностью оснащения, кроме того, использование в таких схемах постоянных подъемных машин или копров не всегда может обеспечить необходимые скорости проходки ствола по техническим причинам. Однако, такая схема позволяет сократить капитальные затраты на строительство и продолжительность переходного периода. Комбинированная схема в определенных условиях может быть наиболее экономически целесообразной, но в любом случае ее применение должно подтверждаться соответствующим технико-экономическим расчетом.

Унификация схем оснащения

Одним из направлений повышения технико-экономических показателей при строительстве стволов является применение унифицированных технических решений, в том числе и для схем оснащения проходки. Унификация схем оснащения, принятая в угольной промышленности, выполнена на базе унифицированных схем сечений и армировок вертикальных стволов, разработанных для угольных шахт. Унифицированные схемы сечений предусматривают для всех типов стволов и диаметров (6; 7 и 8 м) 12 типоразмеров сечений и армировок. Основные принципы, положенные в основу унификации схем оснащения, следующие:

􀂄 применение буровзрывного способа при совмещенной схеме проходки ствола;

􀂄 проходку стволов осуществляют с использованием проходческих копров из крупноразмерных элементов на быстроразъемных соединениях;

􀂄 широкое использование для оснащения поверхности передвижного проходческого оборудования и мобильных зданий различного назначения;

􀂄 для одного диаметра ствола единая схема размещения проходческого оборудования в сечении ствола независимо от функционального назначения и армировки ствола;

􀂄 максимальная унификация металлоконструкций копровых комплексов и проходческого оборудования для стволов всех диаметров;

􀂄 использование для проходки стволов бадей большей вместимости и проходческого оборудования, обеспечивающих высокие скорости проходки;

􀂄 технические решения, обеспечивающие минимальные затраты времени и средств для перехода от проходки стволов к армированию и к проведению горизонтальных и наклонных горных выработок;

􀂄 выполнение строительно-монтажных работ по оснащению индустриальными методами.

Унифицированные схемы оснащения вертикальных стволов диаметром 6м предусматривают использование бадей вместимостью 3 м3 (на период армирования – 1 м3), погрузочной машины КС-2у/40, бурильной установки БУКС-1м, труб вентиляции диаметром 900 мм, двух трубопроводов подачи бетонной смеси диаметром 150 мм, трубопровода сжатого воздуха диаметром 200 мм, кабелей, маневровых канатов, трехэтажного проходческого полка, спасательной лестницы, подвесного насоса и секционной опалубки для крепления ствола. Для стволов диаметром 7 и 8 м предусматривают использование бадей вместимостью 5 м3 и более, погрузочной машины 2КС-2у/40 или КС-1м, двухэтажного проходческого полка. Привязки подвесного проходческого оборудования к осям ствола для диаметров 7 и 8 м одинаковы, что позволяет для этих стволов иметь один копровый комплекс (за исключением нулевой рамы).